第16讲 DNA的结构高考生物一轮复习名师精讲练新高考地区专用.docx
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第16讲DNA的结构高考生物一轮复习名师精讲练新高考地区专用
第16讲 DNA的结构、复制及基因的本质
【基础梳理】
一、DNA分子的结构及相关计算
1.DNA双螺旋结构模型构建者：
沃森和克里克。
2.DNA双螺旋结构的形成
3.DNA的双螺旋结构内容
（1）DNA分子由两条脱氧核苷酸链组成，这两条链按反向平行方式盘旋成双螺旋结构。
（2）外侧：
脱氧核糖和磷酸交替连接构成主链基本骨架。
其形成不需要酶，而断裂需解旋酶或加热处理。
（3）内侧：
两条链上碱基通过氢键连接成碱基对。
碱基互补配对遵循以下原则：
A==T（两个氢键）、G≡C（三个氢键）。
4.DNA分子的结构特点
（1）多样性：
具有n个碱基对的DNA具有4n种碱基对排列顺序。
（2）特异性：
每种DNA分子都有其特定的碱基排列顺序。
（3）稳定性：
两条主链中磷酸与脱氧核糖交替连接的顺序不变，碱基配对方式不变等。
巧记 利用数字“五、四、三、二、一”巧记DNA分子的结构
5.DNA分子中碱基数量的计算规律
（1）
（2）
（3）
例1：
如图表示一个DNA分子的片段，有关叙述正确的是（ ）
A.④代表的物质中贮存了遗传信息
B.限制酶的作用部位是⑥
C.DNA连接酶可催化⑤处化学键的形成
D.DNA分子一条链中相邻碱基通过脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖连接
例2：
已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的35.8%，其中一条链中的T与C分别占该链碱基总数的32.9%和17.1%。
则在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的（ ）
A.32.9%，17.1%B.31.3%，18.7%
C.18.7%，31.3%D.17.1%，32.9%
例3：
下列有关双链DNA分子的叙述，正确的是（ ）
A．若DNA分子一条链中的碱基A所占比例为a，则另一条链的碱基C所占比例为
B．如果一条链上（A＋T）∶（G＋C）＝m，则另一条链上该比值也为m
C．如果一条链上的A∶T∶G∶C＝2∶2∶3∶3，则另一条链上该比值为3∶3∶2∶2
D．由50个碱基对组成的DNA分子片段中至少含有氢键的数量为150个
二、DNA分子的复制及基因与遗传信息的关系
1．DNA分子的复制
（1）方式推测：
沃森和克里克提出遗传物质自我复制的假说：
DNA分子复制方式为半保留复制。
（2）实验证据
①实验方法：
同位素示踪技术和离心技术。
②实验原理：
含15N的双链DNA密度大，含14N的双链DNA密度小，一条链含14N、一条链含15N的双链DNA密度居中。
③实验假设：
DNA以半保留的方式复制。
④实验预期：
离心后应出现3条DNA带。
重带（密度最大）：
两条链都为15N标记的亲代双链DNA；中带（密度居中）：
一条链为14N标记，另一条链为15N标记的子代双链DNA；轻带（密度最小）：
两条链都为14N标记的子代双链DNA。
⑤实验过程
⑥过程分析
立即取出，提取DNA→离心→全部重带。
繁殖一代后取出，提取DNA→离心→全部中带。
繁殖两代后取出，提取DNA→离心→
轻带、
中带。
⑦实验结论：
DNA的复制是以半保留方式进行的。
（3）复制过程
①概念：
以亲代DNA为模板合成子代DNA的过程。
②时间：
细胞有丝分裂的间期和减数第一次分裂前的间期。
病毒不能独立完成DNA的复制
③图解
④场所：
真核生物在细胞核、线粒体和叶绿体；原核生物在拟核和细胞质。
⑤特点：
边解旋边复制。
⑥方式：
半保留复制。
⑦结果：
形成两个完全相同的DNA分子。
⑧意义：
DNA分子通过复制，将遗传信息从亲代传给了子代，从而保持了遗传信息的连续性。
⑨保障：
DNA分子具有独特的双螺旋结构，为复制提供了精确的模板；通过碱基互补配对，保证了复制能够准确地进行。
巧记DNA分子的复制的“二、二、三、四”
2.图解法分析DNA复制的相关计算
一个亲代DNA连续复制n次后，则：
（1）子代DNA分子数：
2n个
①无论复制多少次，含15N的DNA分子始终是2个
②含14N的DNA分子有2n个，只含14N的DNA分子有（2n－2）个
（2）子代DNA分子总链数：
2n×2＝2n＋1条
①无论复制多少次，含15N的链始终是2条
②含14N的链数是（2n＋1－2）条
（3）消耗的脱氧核苷酸数
①若亲代DNA分子含有某种脱氧核苷酸m个，则经过n次复制需要消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×（2n－1）个
②若进行第n次复制，则需消耗游离的该脱氧核苷酸数为m×2n－1个
3.观察下面的基因关系图，完善相关内容
4.同位素标记法在高中生物学中的应用总结
实验目的
标记物
标记物转移情况
实验结论
研究光合作用过程中物质的利用
H
O
H
O→18O2
光合作用的反应物H2O的O以O2的形式放出，CO2中的C用于合成有机物
14CO2
14CO2→14C3→（14CH2O）
探究生物的遗传物质
亲代噬菌体中的32P（DNA）、35S（蛋白质）
子代噬菌体检测到放射性32P，未检测到35S
DNA是遗传物质
验证DNA的复制方式
亲代双链用15N标记
亲代DNA→子一代DNA的一条链含15N
DNA的复制方式为半保留复制
生长素的极性运输
含14C的生长素
标记物在形态学上端，在形态学下端可检测到标记物，反之不行
生长素只能从植物体的形态学上端运输到形态学下端
研究分泌蛋白的合成和分泌过程
用3H标记的亮氨酸
核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜
各种细胞器既有明确的分工，相互之间又协调配合
探究DNA复制、转录的原料
3H或15N标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸、尿嘧啶核糖核苷酸
标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸主要集中在细胞核，尿嘧啶核糖核苷酸主要集中在细胞质
标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸用于合成DNA，尿嘧啶核糖核苷酸用于合成RNA
例4：
真核细胞中某生理过程如图所示，下列叙述错误的是（ ）
A．a链和b链的方向相反，a链与c链的碱基序列相同
B．酶1可使磷酸二酯键断裂，酶2可催化磷酸二酯键的形成
C．该图表示DNA半保留复制过程，遗传信息传递方向是DNA→DNA
D．植物细胞的线粒体和叶绿体中均可发生该过程
例5：
7．（2019·安徽合肥高三调研）如图为某DNA分子片段，假设该DNA分子中有5000对碱基，A＋T占碱基总数的34%，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，下列叙述正确的是（ ）
A．复制时作用于③处的酶为DNA聚合酶
B．DNA分子复制2次需游离的胞嘧啶脱氧核苷酸9900个
C．④处指的是腺嘌呤核糖核苷酸
D．子代中含15N的DNA分子占
例6：
如图表示利用大肠杆菌探究DNA复制方式的实验，下列叙述正确的是（ ）
A.可用T2噬菌体代替大肠杆菌进行上述实验
B.可用（NH4）
SO4、（NH4）
SO4分别代替15NH4Cl、14NH4Cl进行上述实验
C.试管③中b带的DNA的两条链均含有14N
D.仅比较试管②和③的结果不能证明DNA复制为半保留复制
例7：
下列有关染色体、DNA、基因、脱氧核苷酸的说法，不正确的是（ ）
A.在DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是一个磷酸基因和一个碱基
B.基因一般是具有遗传效应的DNA片段，一个DNA分子上可含有成百上千个基因
C.一个基因含有许多个脱氧核苷酸，基因的特异性是由脱氧核苷酸的排列顺序决定的
D.染色体是DNA的主要载体，一条染色体上含有1个或2个DNA分子
【要点点拨】
1.一个双链DNA分子具有2个游离的磷酸基团，而环状DNA不存在。
2.有关DNA结构的7点提醒
（1）DNA中两条链上的碱基通过氢键连接成碱基对，A—T含2个氢键，G—C含3个氢键。
（2）DNA中并不是所有的脱氧核糖都连着两个磷酸基团，两条链各有一个脱氧核糖连着一个磷酸基团。
（3）双链DNA中A与T分子数相等，G与C分子数相等，但A＋T的量不一定等于G＋C的量。
（4）DNA中，当（A＋G）/（T＋C）＝1时，可能是双链DNA，也可能是单链DNA。
（5）并非所有的DNA分子均具“双链”，有的DNA分子为单链。
（6）DNA的特异性是由碱基的排列顺序决定的，而不是由配对方式决定的，配对方式只有四种：
A—T、C—G、T—A、G—C。
（7）并非所有DNA片段都是基因，基因是有遗传效应的DNA片段，不是连续分布在DNA上的，而是由碱基序列将不同的基因分隔开。
3.DNA初步水解产物是4种脱氧核苷酸，彻底水解产物是磷酸、脱氧核糖和4种含氮碱基。
4.相邻的碱基在DNA分子的一条单链中通过“—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—”相连接，在DNA的双链之间通过“氢键”相连接。
5.除DNA末端的两个脱氧核糖外，其余每个脱氧核糖都连接着2个磷酸。
每个DNA片段中，游离的磷酸基团有2个。
6.几种化合物中常考的化学键
（1）DNA分子中含有磷酸二酯键和氢键。
①磷酸二酯键存在于核苷酸内部和核苷酸之间，一般DNA聚合酶和限制性核酸内切酶、DNA连接酶是作用于核苷酸之间的磷酸二酯键；
②解旋酶和高温均能破坏氢键。
（2）RNA分子中含有磷酸二酯键，tRNA分子中还含有氢键。
（3）蛋白质分子中含有肽键，有的蛋白质分子中还含有二硫键和氢键。
（4）ATP和ADP中分别含有2个和1个高能磷酸键。
7.明确DNA复制、“剪切”与“水解”中的四种酶
（1）DNA聚合酶：
需借助母链模板，依据碱基互补配对原则，将单个脱氧核苷酸连接到已有的链上；
（2）DNA连接酶：
将多个复制起点所复制出的“DNA片段”“缝合”起来形成磷酸二酯键，即连接“片段”；
（3）限制性内切酶：
用于切断DNA双链中主链上的“3′，5′－磷酸二酯键”；
（4）DNA水解酶：
用于将DNA分子水解为脱氧核苷酸。
8.DNA结构与复制解题时的5个“注意”
（1）注意不要将DNA分子中碱基对之间氢键的形成与断裂条件混淆，氢键可由解旋酶催化断裂，同时需要ATP供能，也可加热断裂（体外）；而氢键是自动形成的，不需要酶和能量。
（2）注意“DNA复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括第n次的复制。
（3）注意碱基的单位是“对”还是“个”。
（4）注意在DNA复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核苷酸单链的DNA分子都只有两个。
（5）注意看清试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”，是“含”还是“只含”等关键词，以免掉进陷阱。
9.在DNA分子复制过程中，无论复制了几次，含有亲代脱氧核糖核苷酸单链的DNA分子都只有2个。
10.注意碱基的单位是“对”还是“个”。
11.注意试题中问的是“DNA分子数”还是“链数”，“含”还是“只含”等关键词。
12.注意“DNA分子复制了n次”和“第n次复制”的区别，前者包括所有的复制，但后者只包括第n
次的复制。
【课时作业】
一、单项选择题
1．下列关于DNA的叙述，正确的是（ ）
A．DNA的基本骨架由C、H、O、N、P等元素组成
B．连接磷酸与五碳糖的化学键可在解旋酶的作用下断裂
C．DNA的片段都有遗传效应，可控制生物的性状
D．DNA的复制和转录都能在细胞质中进行
2．用卡片构建DNA平面结构模型，所提供的卡片类型和数量如下表所示，以下说法正确的是（ ）
卡片类型
脱氧核糖
磷酸
碱基
A
T
G
C
卡片数量
10
10
2
3
3
2
A.最多可构建4种脱氧核苷酸，5个脱氧核苷酸对
B．构成的双链DNA片段最多有10个氢键
C．DNA中每个脱氧核糖均与2分子磷酸相连
D．可构建44种不同碱基序列的DNA
3．下列有关双链DNA及其复制的叙述，正确的是（ ）
A．DNA分子中的每个磷酸均连接着一个脱氧核糖和一个碱基
B．DNA的双螺旋结构使DNA分子具有较强的稳定性
C．若某一段DNA含有60个腺嘌呤，就一定会同时含有60个胞嘧啶
D．DNA分子复制合成的两条子链中碱基序列相同
4．某双链DNA分子中，鸟嘌呤与胞嘧啶之和占全部碱基的比例为a，其中一条链上鸟嘌呤占该链全部碱基的比例为b，则（ ）
A．互补链中含2个游离的磷酸基团
B．互补链中鸟嘌呤与胞嘧啶所占比例为a
C．互补链中鸟嘌呤占该链碱基的比例为
D．以互补链为模板转录产生的某mRNA中鸟嘌呤与胞嘧啶所占比例为a
5．已知某DNA分子中，G与C之和占全部碱基总数的40%，其中一条链的T与C分别占该链碱基总数的40%和15%。
下列有关叙述正确的是（ ）
A．在它的互补链中，T与C之和占该链碱基总数的55%
B．在它的互补链中，T和C分别占该链碱基总数的20%和25%
C．若该DNA分子含1000个碱基对，则碱基之间的氢键数2600个
D．该DNA分子中
为
6．小鼠的睾丸中一个精原细胞在含3H标记的胸腺嘧啶脱氧核苷酸培养基中完成一个细胞周期，然后在不含放射性标记的培养基中继续完成减数分裂过程，其染色体的放射性标记分布情况是（ ）
A．初级精母细胞中每条染色体的两条单体都被标记
B．次级精母细胞中每条染色体都被标记
C．只有半数精细胞中有被标记的染色体
D．产生的四个精细胞中的全部染色体，被标记数与未被标记数相等
7．下图表示DNA复制的过程，结合图示判断，下列有关叙述不正确的是（ ）
A．DNA复制过程中首先需要解旋酶破坏DNA双链之间的氢键，使两条链解开
B．DNA分子的复制具有双向复制的特点，生成的两条子链的方向相反
C．从图示可得出，DNA分子具有多起点复制的特点，缩短了复制所需的时间
D．DNA分子的复制需要DNA聚合酶将脱氧核苷酸通过磷酸二酯键连接起来
8．滚环式复制是噬菌体DNA常见的复制方式，其过程如图。
下列相关叙述错误的是（ ）
A．a链可作为DNA复制的引物
B．b链不作为DNA复制的模板
C．两条子链的延伸方向都是从5′到3′
D．该过程需要DNA聚合酶和DNA连接酶的催化
9.下图表示某DNA片段。
下列有关叙述错误的是（ ）
A.图中①②③不能构成一个DNA的基本单位
B.DNA复制时,④的形成需要DNA聚合酶
C.①和②交替排列构成DNA分子的基本骨架
D.DNA分子中碱基对⑨越多,其热稳定性越低
10.若以1分子含500个碱基对的DNA（不含放射性）为模板,在含15N的环境中进行n次复制,下列相关叙述正确的是 （ ）
A.复制过程中,需要消耗（2n-1）×1000个核糖核苷酸
B.子代DNA中,两条链均含有15N的DNA分子有（2n-1）个
C.细胞内DNA复制主要发生在细胞核、线粒体和核糖体中
D.DNA复制过程可以在体外完成,但在体外复制时模板DNA不能太大
二、多项选择题
11．下图表示洋葱根尖分生区某细胞内正在发生的某种生理过程，图中甲、乙、丙均表示DNA分子，a、b、c、d均表示DNA链，A、B表示相关酶。
下列相关叙述正确的是（ ）
A．图中酶A能使甲解旋，酶B在c链的形成及c链和d链的连接过程中发挥作用
B．运用放射性同位素示踪技术可研究图示过程中的半保留复制
C．图示过程发生在细胞核内，乙、丙分开的时期为减数第二次分裂后期
D．该细胞中伴随图示过程发生的反应还有RNA和蛋白质的合成等
12．细胞周期中DNA复制需经过G1、S、G2期，如果细胞中的DNA受损，会发生如图所示的调节过程，图中CDK2—cyclinE能促进细胞从G1期进入S期。
下列叙述正确的是（ ）
A．完成过程①需要解旋酶、RNA聚合酶及核糖核苷酸等条件
B．与过程②相比，过程①特有的碱基配对方式是T—A配对
C．CDK2—cyclinE作用的正常发挥有利于DNA复制的发生
D．DNA损伤的情况下细胞分裂暂停
三、非选择题
13．下图为真核生物DNA的结构（图甲）及发生的生理过程（图乙），请据图回答下列问题：
（1）图甲为DNA的结构示意图，其基本骨架由________和________（填序号）交替排列构成，④为___________________________________。
（2）从图乙可看出，该过程是从________个起点开始复制的，从而________复制速率；图中所示的酶为__________酶；作用于图甲中的________（填序号）。
（3）若用1个32P标记的噬菌体侵染未标记的大肠杆菌，释放出300个子代噬菌体，其中含有32P的噬菌体所占的比例是________。
（4）若图甲中的亲代DNA分子含有100个碱基对，将该DNA分子放在含有用32P标记的脱氧核苷酸培养液中复制一次，则子代DNA分子的相对分子质量比原来增加________。
（5）若图乙中亲代DNA分子在复制时，一条链上的G变成了A，则该DNA分子经过n次复制后，发生差错的DNA分子占DNA分子总数的____。
14．科学家为了探究DNA复制方式，先用含有15NH4Cl的原料来培养大肠杆菌若干代作为亲本，再将亲本大肠杆菌转移到含14NH4Cl原料中培养，收集不同时期的大肠杆菌并提取DNA，再将提取的DNA进行离心，记录离心后试管中DNA的位置。
（1）用含有15NH4Cl的原料来培养大肠杆菌若干代作为亲本，培养若干代的目的是________________________________________________________________________。
（2）有科学家认为DNA的复制是全保留复制，复制形成的两条子链结合在一起，两条模板链重新结合在一起。
若是全保留复制，则实验结果是：
子一代的DNA位置是_____________________________________。
（3）科学家进行实验，得到的实验结果是：
子一代的DNA位置全在中带，子二代的DNA位置一半在中带一半在轻带。
这个结果否定了全保留复制，你对此的解释是
________________________________________________________________________。
（4）有人认为，将子一代的DNA分子用解旋酶处理后再离心，就能直接判断DNA的复制方式，如果
为轻带，
为重带，则一定为半保留复制。
你认为这种说法是否正确，并说出你的理由。
________________________________________________________________________。
15．下图是DNA双螺旋结构模型的建构过程图解（图1～5），请据图探讨相关问题：
（1）物质1是构成DNA的基本单位，与RNA的基本单位相比，两者成分方面的差别是
________________________________________________________________________。
（2）催化形成图2中的磷酸二酯键的酶是__________________。
（3）图3和图4中的氢链用于连接两条脱氧核苷酸链，如果DNA耐高温的能力越强，则________（选填“G—C”或“A—T”）碱基对的比例越高。
（4）RNA病毒相比DNA病毒更容易发生变异，请结合图5和有关RNA的结构说明其原因：
________________。
（5）图4一条链中相邻两个碱基连接的结构是_______________________。
DNA复制后形成的子代DNA存在于染色体的____________________，互相分离的时期是______________。
（6）如果DNA分子含有200对碱基，其中碱基A为40个，则该DNA分子复制3次共需消耗胞嘧啶________个。
【答案解析】
例1：
答案 D
解析 ④代表的物质为脱氧核苷酸，其不能储存遗传信息，但其排列顺序可贮存遗传信息，A错误；限制酶的作用部位是磷酸二酯键，不是⑥氢键，B错误；DNA连接酶可催化脱氧核苷酸之间的磷酸二酯键的合成，但不能催化⑤处化学键的形成，C错误；DNA分子一条链中相邻碱基通过脱氧核糖、磷酸、脱氧核糖连接，D正确。
例2：
答案 B
解析 配对的碱基之和在一条链中与在整个DNA分子中的比例是相同的，因此，一条链中A、T、C、G的比例分别为31.3%、32.9%、17.1%和18.7%，根据碱基互补配对原则，它的互补链中T、C的比例分别为31.3%、18.7%。
例3：
答案 B
解析 若DNA分子一条链中的碱基A所占比例为a，据此无法计算出另一条链的碱基C所占比例，A错误；如果一条链上（A＋T）∶（G＋C）＝m，根据碱基互补配对原则，则另一条链上该比值也为m，B正确；如果一条链上的A∶T∶G∶C＝2∶2∶3∶3，则另一条链上该比值为2∶2∶3∶3，C错误；由50个碱基对组成的DNA分子片段中至少含有氢键的数量为50×2＝100（个），最多含有氢键的数量为50×3＝150（个），D错误。
例4：
答案 B
解析 由题图可知，a链和b链螺旋形成新的DNA分子，因此a、b链是反向的，a、c链都与d链互补，因此a链与c链的碱基序列相同，A项正确；酶1是解旋酶，作用是使氢键断裂，使双链DNA分子解旋，B项错误；分析题图可知，DNA分子的复制是半保留复制，通过DNA分子的复制，遗传信息从DNA流向DNA，C项正确；植物细胞的线粒体和叶绿体中都含有少量DNA，可以发生DNA分子的复制过程，D项正确。
例5：
答案 B
解析 复制时作用于③处的酶为DNA解旋酶，A错误；由题意知，DNA分子中A＋T占碱基总数的34%，则C＋G占66%，DNA分子中G＝C＝5000×2×66%÷2＝3300（个），该DNA分子复制2次增加3个DNA分子，需要游离的胞嘧啶脱氧核苷酸3300×3＝9900（个），B正确；DNA分子的基本单位是脱氧核糖核苷酸，所以④处指的是腺嘌呤脱氧核糖核苷酸，C错误；由题图可知，该DNA分子中的两条链一条含有15N，一条含有14N，若该DNA分子在含14N的培养基中连续复制2次，则形成的4个DNA分子中，只有一个含有15N，即占
，D错误。
例6：
答案 D
解析 T2噬菌体是病毒，不能用普通培养基培养，不能用T2噬菌体代替大肠杆菌进行题述实验，A错误；DNA分子中不含S元素，不能用（NH4）
SO4、（NH4）
SO4分别代替15NH4Cl、14NH4Cl进行题述实验，B错误；试管③中a带的DNA的两条链均含有14N，而b带的DNA的一条链含有14N，另一条链含有15N，C错误；需综合比较试管①②③的结果才能证明DNA的半保留复制，D正确。
例7：
答案 A
解析 在DNA分子结构中，与脱氧核糖直接相连的一般是两个磷酸基因和一个碱基，A错误。
1.答案 D
解析 DNA基本骨架由脱氧核糖和磷酸交替排列构成，有C、H、O、P元素，无N元素，A错误；解旋酶的作用对象是氢键，B错误；DNA分子中有遗传效应的片段，也有无遗传效应的片段，C错误。
2.答案 B
解析 双链DNA分子中，碱基之间的配对遵循碱基互补配对原则，即A－T、C－G，且配对的碱基数目彼此相等，结合表中数据可知，这些卡片最多可形成2对A－T碱基对，2对C－G碱基对，即共形成4个脱氧核苷酸对，A和T之间有2个氢键，C和G之间有3个氢键，因此构成的双链DNA片段最多有10个氢键，所以A错误，B正确；DNA中绝大多数脱氧核糖与2分子磷酸相连，只有末端的脱氧核糖与1分子磷酸相连，C错误；这些卡片可形成2对A—T碱基对，2对C—G碱基对，且碱基对种类和数目确定，因此可构建的DNA种
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